Математика/ 5. Математическое моделирование

Д.т.н. Айдосов А.А., д.т.н. Айдосов Г.А., Заурбеков Б.Н., Заурбекова Г.Н.

КазНУ им. Аль-Фараби, КазТрансГаз, Магистратура Нацбанка РК,КазНУ им. Аль-Фараби

Обоснование и выбор математических моделей, описывающих распространение примесей в атмосфере при оценке экологической обстановки промышленных регионов Казахстана

На основании проведенного нами обзора результатов собственных и других авторов исследований подтверждено, что промышленная инфраструктура являются источниками антропогенных воздействий на окружающую среду. При этом характер техногенных нагрузок в результате неоднороден по составу, интенсивности и различаются для отдельных участков территорий. Воздействие на окружающую среду происходит в разной степени во всех стадиях жизненного цикла. Значительную опасность для экосистем территорий, входящих в зону экологического риска, представляют аварийные ситуации, периодически возникающие при разных стадиях производственной технологии, характеризующиеся специфическим воздействием на компоненты окружающей среды.

Важным этапом экологического нормирования нагрузки является выбор оценочных критериев (показателей). Задача состоит в выявлении параметров принципиально значимых с точки зрения влияния на ландшафтный комплекс и управление его качественным и количественным состоянием. При этом обязательным является территориальный анализ значений выбранных показателей в различных природных условиях, в зависимости от устойчивости природных систем.

Проведенный анализ литературы показал, что вопрос об устойчивости экосистемы весьма сложен. Реальные экосистемы обеспечивают свою устойчивость несколькими механизмами, при этом по механизмам устойчивости биотические и абиотические компоненты экосистемы существенно различаются между собой. Устойчивость абиотической части экосистем обусловливается такими факторами как разбавление, сорбция (обменная и необменная), наличие интенсивной миграции вещества и т.д.

Климатические условия Западного Казахстана обеспечивают контрастные термические условия и низкие коэффициенты увлажнения. Такие условия среды будут приводить к быстрой деструкции поступающих загрязнителей. Механизмами устойчивости биоты может являться адаптация организмов к внешнему (антропогенному) воздействию как в результате внутренней резистентности биохимической организации, а также перестройки ее под новые условия существования, так и за счет разложения токсичных соединений в процессе жизнедеятельности, определяемые интенсивностью процессов обмена. Таким образом, для детальной оценки устойчивости территории Республики Казахстан к воздействию, необходимо оценить биогеохимические и техногенные процессы, протекающие в конкретных природно-техногенных комплексах. Это - характер техногенного нарушения экосистем, оценка величины прямого влияния загрязняющих веществ на биоту, определение влияния загрязненных экосистем на сопредельные среды. Из рассмотренных в [1-4] промышленных регионов Западно-Казахстанской и других областей видно, что степень загрязнения нижних слоев атмосферы вредными веществами зависит не только от технологических и конструктивных параметров, но и от ряда метеорологических факторов, которые определяют процесс распространения примесей в пограничном слое атмосферы.

Важной задачей науки в настоящее время является оценка загрязнения атмосферы и подстилающей поверхности пассивными и активными примесями и современного состояния изменений экосистем под влиянием естественных и антропогенных факторов, а также прогнозирование состояния данных экосистем в будущем. Исходным моментом является исследование процесса загрязнения окружающей среды выбросами отходов промышленных предприятий, следующий этап заключается в оценке воздействия вредных загрязнении на биологическую среду.

Ухудшение экологической обстановки явилось результатом искусственного нарушения количества и соотношения химических элементов и их комплексов в окружающей среде, которые вызывали нарушение нормального хода биохимических реакций в живых организмах, выработанных в них в течение геологического времени развития. Поэтому, в настоящее время во всех странах мира разрабатываются гео-эколого-экономические прогнозы, позволяющие научно определить взаимосвязи в системе Человек-Природа.

Для сохранения среды обитания требуется решать задачи ограничения выбросов действующих предприятий и оптимального размещения, вновь создаваемых промышленных объектов с учетом допустимых нагрузок на экологически значимые зоны. Решение этих и других, возникающих здесь, задач требует использования математических моделей, описывающих распространение примесей в атмосфере от различных типов источников.

Изучение современного состояния атмосферного воздуха промышленных регионов, климата и метеорологических особенностей, современного состояния экологической обстановки природной среды в динамике привели к следующему: для модели распространения вредных веществ требует знания трех метеорологических элементов, определяющих поведение введенных в атмосферу веществ: полей ветра, температуры и различных фаз воды. Наиболее существенным является поле ветра (скорость и направление), определяющие адвективный перенос загрязняющих веществ. Адвективный перенос определяет расстояние, на которые переносятся загрязняющие вещества, их ареал распространения, время пребывания этих веществ в атмосфере и уровни концентрации в отдельных районах. Горизонтальная диффузия в среднем в пять раз меньше адвекции и поэтому ее детальным описанием можно пренебречь, параметризовав через постоянный в пространстве и времени коэффициент горизонтальной диффузии.

Анализ исследования современной экологической обстановки природной среды западного нефтепромыслового региона Казахстана показал, что необходимо создать математические модели процессов переноса вредных веществ и динамики реальных атмосферных процессов с учетом механизма фазовых переходов воды (привлечения влажности как одного из важнейших параметров природы) в атмосфере, а также процессов в планетарном пограничном слое, влияния радиационных и турбулентных переносов энергии на развитие крупномасштабных процессов, геофизических свойств Земли, массовых сил вращения Земли и их неоднородности, а также на возможность исключения предположения о равенстве нулю горизонтальных градиентов потенциала силы тяжести с применением уравнений гидротермодинамики.

Литература:

1. Айдосов А.А., Заурбеков Н.С. Теоретические основы прогнозирования природных процессов и экологической обстановки окружающей среды //Теоретические основы прогнозирования атмосферных процессов, экологической обстановки окружающей среды и построение геоэкологической карты на примере КНГКМ. – Кн.3.– А.: Қазақ университеті, 2000. – 220 с.

2. Айдосов А.А., Айдосов Г.А., Заурбеков Н.С. Модельная оценка экологической обстановки окружающей среды при аварийных ситуациях. - Алматы, 2010. – 414 с.

3. Айдосов А.А., Айдосов Г.А., Заурбеков Н.С. Модели экологической обстановки окружающей среды при реальных атмосферных процессах. - Алматы, 2010. – 368 с.

4. Айдосов А.А., Айдосов Г.А. Теоретические основы прогнозирования природных процессов и экологической обстановки окружающей среды // Теоретические основы прогнозирования атмосферных процессов и экологической обстановки окружающей среды. – Кн.1. – А.: Қазақ университетi, 2000. – 290 с.